[发明专利]基于条纹特征提取算法的相干合成相位测控装置

说明书

技术领域

本发明属于激光器相干合成绩属领域，特别涉及一种多路激光相干合成测控装置。

背景技术

光纤激光器是当今光电子技术研究领域中最前沿的研究课题之一，作为一种新型激光器件，它具有转换效率高、激光阈值低、可调谐范围宽、光束质量好等优点，并且散热面积大、体积小、寿命长，同常规的体积庞大的气体激光器和固体激光器相比，有显著优势，已成为激光在民用和工业应用中的重要候选者。现在单根的输出功率可以达到kW量级，更大幅度地提高单根光纤激光器的输出功率相当困难。为达到高的激光输出功率和近衍射极限的光束质量，可能采用的技术途径是利用光纤激光器阵列，对输出激光束进行相干合成。研究光纤激光的相干合成技术，以获得高功率的相干激光输出，是今后发展的一个重要方向。为实现多个光纤放大器输出光束的相干合成，必须实时测量与控制每一路光纤放大器的相位变化(主要是平移相差)。目前，国际和国内常采用的传统的平移相位的测量是采用针孔+光电探测器的方式，如图3所示：让几束包含平移相位扰动的光束通过透镜聚焦，并在焦平面上挖一小孔，用光电二极管探测电流信号输出，再对这个电流输出信号做频谱分析得出，或者利用高速CCD相机探测小孔后的焦斑信号，再对该光斑信号做频谱分析得出(参见文献1”coherentbeam combination of two polarization maintaining ytterbium fibre amplifiers”Hou J.etal.chinesephysics letters，Vol22，No9(2005)2273)。这种测量方式(针孔+光电探测器)可以近似地表达平移相位扰动的频谱特性，但是具有两个不可忽视的缺点：一是二极管与光强有关的输出电流信号或者CCD相机测量的光斑的强度信号与平移相位之间不具有一一对应的线性关系，也即测量的信号不能准确表达平移相位信息；二是这种方式不能测量出平移相位扰动的幅度值。在控制方面，国内外常采用的相位控制器为非线性光学器件，(如LiNO3晶体)，如文献2“Incoherent combining of 100-W Yb-fiber laser beams by PTR Bragg grating”，Advances inFiber Devices，Proceedings of SPIE，Vol.4974，2003中公开的方法，就是采用非线性晶体以及光折变晶体进行相干或非相干光纤激光合成。这类器件的响应频率很高，却存在两个致命硬伤：低损伤阈值及无法调节各个子光束间的方向一致。这些现状的不足，迫切需求一种新的探测技术和控制方案，用来完成对多路激光器的相干合成的测量和控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题：克服现有的激光相干合成相位探测技术的缺陷，提出一种能够准确测量出多路激光平移相位的时间特性、幅度变化特性，能确定所需控制带宽，并能完成相干合成的新的相位探测装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于条纹特性提取算法的相干合成相位测控装置，其特征在于：包括种子激光器、准直器、1xN分束器、激光预放级、激光放大级、分离式变形镜、空间压缩器、聚焦透镜、远场成像系统、计算机和高压放大器，由种子激光器输出的激光束经过准直器准直后经过分束器，先后再经过预放级和放大级两级激光放大，再通过分离式变形镜反射到空间压缩器，压缩空间距离后的光束再经过聚焦透镜会聚到远场成像系统上，内置于计算机的条纹特性提取算法用来分析计算机采集到的远场成像系统上的相干光斑条纹，计算机通过控制高压放大器将所需的控制电压施加在分离式变形镜的各个电极上，控制分离式变形镜校正多路光束间的位相差。

所述的种子激光器是基模窄线宽的光纤激光器或者固体激光器。

所述的预放级和放大级两级放大器都为光纤放大器。

所述的1xN分束器的N可以为2也可以为3。

所述的分离式压电变形镜的电极数目和1xN分束器中的N相同。

所述的空间压缩器由四块平面反射镜组成，每块反射镜上镀制了对参与合成的激光波长高反的膜系。

所述计算机控制高压放大器将所需的控制电压施加在分离式变形镜的各个电极上，所采用的控制算法为比例-积分-微分(PID)算法。

所述的远场成像系统的核心成像器件是高速CCD相机或者CMOS相机。